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-1-1.引言钢坯表面极易被氧化形成氧化皮，且这层氧化皮会在生产中产生废料而影响工作，而采用钢坯修复机的目的将氧化皮去掉，使钢坯的利用率提高。可用的方法很多，例如：1.可用手持钢坯的人为方法将其表面的氧化皮去掉，但是会对人造成危害，而且效率低，如传统的砂轮打磨。2.将钢坯烧红后磕掉其表面的氧化层，但是这种方法使得被处理后的钢坯会在短时间内再被氧化，而且效率低、机器易磨损，如钢模板修复机。使用钢坯修复机来去除表面的氧化层不但可以提高效率、减少危害，而且可以使被处理过的钢坯在冷却后保持一段时间不被氧化，即使在雨中被淋而产生少量生锈但是不会有太大影响。钢坯修复机采用滚筒机输送而不采用皮带输送是因为：滚筒输送机比皮带输送机应用广泛，可用于储积、分流、合流及较重负载的运输，另外也应用于油污、潮湿及高温、低温的环境。而且滚筒输送机结构简单，可靠性高，使用维护方便。传统的钢坯修磨机是由一种设有由窝轮、窝杆等组成的回转机构，可使砂轮与钢坯纵向运动的夹角在45-90度间变换的长臂回转式的钢坯修磨机。它既能作直磨用，也可以作斜磨用，兼有两者的优点，该机修磨范围较大、质量好且结构简单，检测维修方便，适用于大、中、小形钢坯和锻坯的全扒皮修磨。而采用钢坯修复机不但兼顾了钢坯修磨机的所有优点，而且还有具有效率高的优点。钢坯修复机的部分操作通过液压控制，使得钢坯自动翻转，且具有实用、结构简单，操作方便，自动化程度高，劳动强度抵，环境污染小，钢坯修整质量、精度高的优点，是现代炼钢行业钢坯修复的理想设备。虽然我国目前没有生产，只是在大连特钢厂有两台由意大利引进的钢坯修复机，因此需要研制技术含量高，且质量稳定的高档产品来满足国民经济的要求和行业需求，所以钢坯修复机在世界上一定会有相当大的发展前景。【15】-2-2.液压技术概况当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声，经久耐用，高度集成化等各项要求方面都取得了重大的发展，在完善比例控制，伺服控制，数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，日益显示出显著的成绩。今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断创新，不断地提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求，体现在如下一些比较重要的特征上：1)提高元件性能，创制新型元件，体积不断缩小。为了能在尽可能小的空间内传递尽可能大的功率，液压元件的结构不断地在向小型化方向发展。2)高度的组成化、集成化和模块化。液压系统由管式配置经板式配置，箱式配置、集成块式配置发展到叠加式配置、插装式配置，使连接的通道越来越短，这种组合件不但结构紧凑、工作可靠，而且使用简便，也容易维护保养。模块化发展也是非常重要的方面，完整的模块以及独立的功能单元，对用户而言，只需要简单地进行组装即可投入使用，这样不仅可以大大节约用户的装配时间，同时用户也无须配备各种经专门培训的技术人员。3)和微电子结合，走向智能化。汇在一起的联接体只要一收到微处理机或者微型计算机处送来的信息，就能实现预先规定的任务。综上所述可以看到，液压工业在国民经济中的作用实在是很大的，它常常可以用来作为衡量一个国家工业水平饿重要标志之一。与世界上主要的工业国家相比，我国的液压工业还是相当落后的，标准化的工作有待于继续做好，优质化的工作须形成声势，智能化的工作则刚刚在准备起步，为此必须奋起直追，才能迎头赶上。液压系统的设计步骤大体如下：1)液压系统的工况分析2)拟订液压系统原理图3)液压系统的计算和选择液压元件4)对液压系统进行验算5)绘制正式工作图和编制技术文件设计的最后一步是要整理出全部图纸和技术文件。正式工作图一般包括如下内容：液压系统原理图；自行设计的全套工作图（指液压缸和液压油箱等非标准液压元件）；液压泵、液压阀及管路的安装总图。技术文件一般包括以下内容：基本件、标准件、通用件及外购件汇总表，液压系统安装和调试要求，设计说明书等。【15】-3-3.液压系统性能与参数的初步确定3.1工况分析工况分析是分析机械工作过程的具体情况，其内容包括负载分析、速度分析和功率变化规律的分析。对液压系统进行工况分析其目的就是要查明它的每个执行元件在各个动作阶段内的运动速度和所承受的负载并绘制成图。而液压执行元件的工况图是选择系统液压元件和基本回路的依据。这是因为：1)液压泵和各种控制阀的规格是根据工况图中的最大压力和最大流量选定的；2)各种液压回路及其油源形式都是按工况图的不同阶段内的压力和流量变化情况初选后，再通过相互比较确定的；3)将工况图所反映的情况与调研得来的参考方案进行对比，可以对原来设计参数的合理性做出鉴别，或进行调整。3.1.1液压缸的负载分析通过现场调研获知，此液压系统的液压缸的工作行程为5m，钢坯尺寸为长10m宽150mm高150mm,钢坯密度取7.8kg/m3,动摩擦系数为1.5，且在水平位置时外负载最大，大约为25800N。3.1.2液压缸的速度分析通过现场调研得知，此液压系统的液压缸速度在0.1m/s-0.2m/s之间，具体数值没有要求，但是要保证钢坯运行过程平稳，液压缸锁紧使系统冲击小，因此取活塞杆伸出时速度为0.1m/s,活塞杆退回时速度为0.2m/s。【12】3.2液压系统参数的初步确定3.2.1确定液压缸的主要参数液压缸是液压传动中的主要执行元件之一，它是把液压能转换成机械能的能量转换装置。液压缸结构简单、工作可靠，广泛应用于机械的液压传动中。目前，工业中常用的液压缸的结构形式有活塞缸、柱塞缸、摆动缸三大类。活塞缸和柱塞缸可实现往复直线运动，输出速度和推力；摆动缸则实现往复摆动，输出角速度（转速）和转矩。形式如下：活塞缸①单杆活塞缸-4-单杆活塞缸是活塞的一端带有活塞杆的液压缸。结构如图2-1所示。这种油缸由于活塞两侧受力面积不等，活塞往返运动时所产生的推力和速度各不相等。活塞杆外伸时，油缸产生的推力大，速度小；而活塞杆作差动连接时，可实现快速运动。故这种油缸工业上常用来实现“快速进给”、“慢速工进”和“快速回位”。图1单杆活塞缸②双杆活塞缸双杆活塞缸是活塞的两端都带有活塞杆的液压缸。结构如图2-2所示。其工作原理与单杆活塞缸相同，由于活塞两侧受压面积相同，油缸两端的供油压力P和供油量Q相同时，其往返运动速度及产生的推力都分别相等。图2双杆活塞缸柱塞缸柱塞缸是单作用缸，结构如图2-3所示，回程依靠自重或外力，常倾斜或竖直安装。柱塞与缸体内壁不接触，油缸内孔只需粗加工，简化了缸体的加工工艺，制造简便。工作时总是承受压力。因此柱塞必须有足够的刚度，直径比较大，且只能实现一个方向的运动，特别适应在行程比较长的场合。-5-图3柱塞缸摆动缸常用的摆动缸有单叶片式和双叶片式两种。这类油缸是靠转子的回转来传动力和运动的。输出的是周期性的回转运动，其回转角小于300°。这种液压缸由于密封性较差等原因，一般只用于低压系统，如送料夹紧和工作台回转的辅助运动装置。本次设计的液压系统要求动作可靠，且为往复直线运动，故应采用活塞缸。而且单作用活塞缸可以输出多种速度，差动连接时还可以实现快速运动，并且体积较双杆活塞缸小，结构紧凑。本液压系统只要求动作可靠，滑动水口打开速度要快，综合考虑上述两种活塞缸的适应场合、制造成本及体积大小等因素，本液压系统采用差动式单作用活塞缸。【12】3.2.2确定液压缸的尺寸①初选液压缸工作压力液压缸的推力F是由液压缸的工作压力p和活塞的有效工作面积A来确定的，而活塞的运动速度v由输入缸的流量Q和活塞的有效工作面积A确定的，即F=Apv=Q／A式中F——缸（或活塞）的推力（N）；p——进油腔的工作压力（MPa）；A——活塞的有效工作面积（m2）；Q——输入液压缸的流量（L/min）；-6-V——缸（或活塞）的运动速度（m/min）。由上两式可见，当缸的推力一定时，工作压力p取的越高，活塞的有效面积A就越小，缸的结构就紧凑，但液压元件的性能及密封要求要相应提高；工作压力p取的越低，活塞的有效面积A就越大，缸的结构尺寸就越大，要使工作机构得到同样的速度就要求有较大的流量，这样使有关的泵、阀等液压元件的规格相应增大，有可能导致液压系统的庞大。因此，液压缸的工作压力常采用类比法或通过试验确定。设计时，液压缸的工作压力可根据负载大小和设备的类型，选择工作压力：表1各类液压设备常用的工作压力设备类型机床农业机械或中型工程机械液压机、重型机械、起重运输机磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力p/(Mpa)0.8-2.03-52-88-1010-1620-32表2液压缸推力与工作压力之间的关系液压缸力F/KN＜55~1010~2020~3030~50＞50工作压力p/MPa0.8~11.5~22.5~33~44~5≥5~7由于本液压系统设备属于运输机械，体积小，结构紧凑，采用中低压液压系统时，液压缸的尺寸小、体积小，而且成本较低。综合考虑各种因素，再参考表1、表2本系统选用中低压系统，选取工作压力为P=8MPa。②计算出液压缸的内径D通过调查可知系统在取工作压力为8MPa时，系统P2被压可按0.8MPa（回油路带背压阀的回路中背压为0.5-1.5MPa）估算。由最大负载按公式A2=F/[ηcm(P1*ψ-P2)],A1=ψ*A2计算液压缸面积.其中:F—缸的最大外负载；P1—缸的最大工作压力；P2—缸的背压；A1—缸无杆腔有效面积；-7-A2—缸有杆腔有效面积；ηcm—机械效率；ψ—缸往返速比ψ=1/λ2λ—λ=d/D(λ为直径比)本系统工作压力为8MPa，大于7MPa，活塞杆受压力，故选取λ为0.7带入上式后算得D=69mm按国标可圆整为标准直径D=80mm③计算活塞杆直径d活塞杆直径d为d=D×λ=80×0.7=56mm按国标可圆整为标准直径d=56mm由此可得液压缸的两腔的实际面积为液压缸无杆腔面积A1A1=πD2/4=3.14×0.82=50.24mm液压缸无杆腔面积A2A2=π(D2-d2)/4=25.62mm式中D—液压缸缸筒直径d—液压缸活塞杆直径对选定后的液压缸内径D，必须进行最小稳定速度的验算。要保证液压缸节流腔的有效工作面积A，必须大于保证最小稳定速度的最小有效面积Amin,即AAminAmin=qmin/vmin式中qmin—流量阀的最小稳定流量，一般从选定流量阀的产品样本中查得取q=0.05L/minvmin—液压缸最低速度,由设计给定取v=0.1m/s将数值带入Amin=0.05L/min/0.1m/s=8×10-6m2A可见此液压缸尺寸符合要求。④液压缸辅件设计液压缸缸盖设计液压缸的缸盖可以选用35、45锻钢或ZG35、ZG45铸钢或HT200、HT350铸铁等材料。当缸体本身优势活塞杆的导向套时，缸盖最好选用铸铁。同时，应在导向表面上熔堆黄铜、青铜或其他耐磨材料。也可以在缸盖中压入导向套。【10】-8-3.2.3绘制系统工况根据上面算得的D与d的值，估算液压缸在各个工作阶段中的流量。进油腔的流量Q1=V2A1=0.15m/s×50.24cm2=45.24L/min式中A1——液压缸进油腔（无杆腔）的面积（cm2）；V2——活塞杆移动速度（m/min）；Q1——液压缸进油腔的流量（L/min）。回油腔的流量Q2=V2A2=0.15m/s×25.62cm2=23.06L/min式中A2——液压缸回油腔（有杆腔）的面积（cm2）；V2——活塞杆移动的速度（m/min）；Q2——液压缸回油腔的流量（L/min）。实际压力为p1=(F/ηcm+p1A2)/A1=[(25800/0.95+0.8×106×25.62×10-4)/50.24×10-4]×106=5.81MPa根据上述算得的液压缸在各个阶段的流量和进油腔的工作压力，估算液压缸输入功率P=p1Q1=5.81MPa×45.24L/min=4.36kw3.3系统回路的选择拟定液压系统图是液压系统设计中的一个重要步骤。这一步要做的主要工作：一是选择基本回路，二是把选出的回路组成液压系统。【8】3.3.1采用液控单向阀的锁紧回路